FR3022811A1 - Procede de fabrication d'un assemblage de noyaux pour la fabrication d'une aube - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'aubes pour des turbomachines qui est plus simple à réaliser et qui limite les risques d'apparition de défauts sur les zones fonctionnelles des aubes. En particulier, selon un aspect, il est proposé un procédé de réalisation d'un assemblage de noyaux en céramique pour la fabrication par moulage d'une aube de turbomachine, selon lequel on réalise plusieurs sous-ensembles de noyaux et on assemble ces différents sous-ensembles entre eux, ainsi qu'avec un noyau qui est un noyau de baignoire ou de pied, caractérisé en ce qu'un sous-ensemble de noyaux est réalisé en moulant en une seule opération d'injection au moins deux noyaux en céramique, les deux noyaux du sous ensemble obtenu à l'issu de cette opération étant reliés entre eux par une jonction céramique, et en ce que différents sous-ensembles réalisés de cette façon sont ensuite assemblés au noyau de baignoire ou de pied.

Description

La présente invention concerne les aubes de turbomachine. Plus précisément, elle concerne la réalisation d'un assemblage de noyaux en céramique pour la fabrication par moulage d'une aube de turbomachine. DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ETAT DE LA TECHNIQUE La tendance chez les motoristes aéronautiques est aux moteurs plus performants et à consommation réduite. Ceci induit la nécessité de concevoir des aubes de turbine haute pression « nouvelle génération », de taille de plus en plus réduite, et résistant à des contraintes thermiques et mécaniques de plus en plus importantes (température, pression, vitesse de rotation....) Ces températures aux limites du liquidus, quel que soit le métal utilisé, nécessitent la conception de circuit de refroidissement interne à la pièce, dont l'espace géométrique devient de plus en plus limité. Il est dans ces conditions plus performant de concevoir des circuits de refroidissement à plusieurs cavités dans l'épaisseur. De telles structure sont composées par un assemblage de noyaux centraux massifs et périphériques fins qui sont assemblés de telle sorte qu'à terme, après une étape de fonderie par injection d'une couche de métal autour des noyaux suivie d'une étape de dissolution des noyaux par une attaque chimique, les noyaux centraux forment de larges cavités centrales et que les noyaux périphériques forment de fines cavités d'extrados ou d'intrados.

Pour fabriquer de tels circuits, il est connu de fabriquer d'une manière isolée un noyau central massif sur lequel on assemble des noyaux périphériques constitués par des plaques fines. Or, ces assemblages entre le noyau central et les noyaux périphériques fins sont obligatoirement réalisés dans la partie fonctionnelle du circuit. En cas de non maitrise de l'assemblage, on obtient des défauts de type « flash-metal » (selon la terminologie anglo-saxonne), ou encore d'autres défauts qui impactent la fonctionnalité du circuit et qui sont difficiles à contrôler. On connait également des circuits de refroidissement pour lesquels les cavités intrados et extrados ne sont pas liées à la cavité centrale, permettant ainsi de se passer d'une étape d'assemblage entre le noyau central massif et des noyaux périphériques constitués de plaques fines. Dans ces circuits, les difficultés suivantes sont rencontrées : - un assemblage compliqué car cela nécessite la manipulation des plaques très fines et élancées des noyaux périphériques, ce qui entraîne une maîtrise ardue des interstices entre les noyaux, qui seront à terme des épaisseurs de métal, - une impossibilité de réaliser des jonctions pour les plaques très fines (0,3 mm à 1,5 mm) avec des tiges d'alumine insérées dans le prolongement de l'épaisseur, obligeant ainsi à faire dépasser lesdites plaques très fines dans la partie baignoire et à reboucher par la suite ces fentes, - des descentes complexes à maîtriser car il faut aussi maintenir les plaques très fines dans la partie pied d'aube. De plus, cette configuration de circuit de refroidissement impose un noyau composé de plusieurs parties assemblées en entrainant les risques associés : - nécessité d'une grande précision de la mise en position et du maintien en position des noyaux pendant tout le procédé de fabrication de l'aube, - défaut métallurgique dans la zone fonctionnelle du circuit en cas de mauvaise liaison. PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L'INVENTION Un but général de l'invention est de proposer un procédé de fabrication d'aubes pour des turbomachines qui est plus simple à réaliser et qui limite les risques d'apparition de défauts sur les zones fonctionnelles des aubes. En particulier, selon un aspect, il est proposé un procédé de réalisation d'un assemblage de noyaux en céramique pour la fabrication par moulage d'une aube de turbomachine, selon lequel on réalise plusieurs sous-ensembles de noyaux et on assemble ces différents sous-ensembles entre eux, ainsi qu'avec un noyau qui est un noyau de baignoire ou de pied, caractérisé en ce qu'un sous-ensemble de noyaux est réalisé en moulant en une seule opération d'injection au moins deux noyaux en céramique, les deux noyaux du sous ensemble obtenu à l'issu de cette opération étant reliés entre eux 30 par une jonction céramique, et en ce que différents sous-ensembles réalisés de cette façon sont ensuite assemblés au noyau de baignoire ou de pied.

Selon un autre aspect, lors de la réalisation d'un sous-ensemble de noyaux, des tiges en céramique sont disposées entre les parties du moule correspondant aux deux noyaux, préalablement à l'injection de pâte de céramique. Selon un aspect additionnel, la jonction entre les deux noyaux d'au moins un 5 sous-ensemble de noyaux est réalisée par un muret de jonction en céramique, moulé avec les deux noyaux. Selon un aspect supplémentaire, un sous ensemble de noyaux comporte un d'une part un noyau principal destiné à correspondre à une cavité principale de circulation de l'air de refroidissement de l'aube et d'autre part un noyau 10 périphérique destiné à correspondre à une cavité fine le long de bords de l'aube. Selon un autre aspect, au moins un noyau périphérique constitue un noyau d'intrados ou un noyau d'extrados. Selon un aspect additionnel, on assemble à au moins un noyau de baignoire ou de pied au moins les différents sous-ensembles suivants : 15 - un premier sous ensemble qui comporte un premier noyau central relié à un noyau de bord d'attaque, - un second sous-ensemble qui comporte un second noyau central relié à un noyau d'extrados, - un troisième sous-ensemble qui comporte un troisième noyau central relié à 20 un noyau d'intrados, et - un quatrième sous-ensemble qui comporte un quatrième noyau central relié à un bord de fuite. Selon un aspect particulier, l'assemblage des différents sous-ensembles avec le noyau de baignoire et le noyau de pied est réalisé dans des zones non 25 fonctionnelles de l'aube. Selon un aspect supplémentaire, le noyau de bord d'attaque est relié au seul noyau de baignoire. Selon un autre aspect, la jonction des quatre noyaux centraux avec le noyau de baignoire, et la jonction du noyau de bord d'attaque avec le noyau de baignoire, 30 est réalisée avec des tiges en quartz, ou en silice, ou de préférence en alumine. Selon un aspect additionnel, au moins un noyau périphérique forme une plaque ayant une épaisseur comprise entre 0,3 mm et 1,5 mm. 3022 811 4 DESCRIPTIF DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 représente une vue en perspective d'un noyau à la sortie d'un moule d'injection selon une première mise en oeuvre de l'invention ; - la figure 2 représente une vue en perspective d'un noyau à la sortie d'un moule d'injection selon une seconde mise en oeuvre de l'invention ; - la figure 3 représente une vue en perspective d'un assemblage de noyaux; - la figure 4 représente une vue de face de l'assemblage de noyaux représenté dans la figure 3 qui est relié à un noyau de baignoire et à un noyau de pied, et dans laquelle les noyaux d'intrados et d'extrados ne sont pas représentés; - la figure 5 représente une vue en coupe de la figure 4 au niveau de l'axe A-A.

DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS EXEMPLES DE MISE EN OEUVRE On a représenté sur la figure 1, un sous-ensemble 1 en céramique qui comporte deux noyaux 10 et 20. Dans cet exemple, le noyau central 10 est plus massif que le noyau périphérique 20, lequel est une plaque fine dont l'épaisseur peut varier entre 0,3 mm et 1,5 mm.

Le noyau central 10 et le noyau périphérique 20 sont réalisés dans une même étape, par injection d'une pâte de céramique dans un moule à injection. Préalablement à cette injection, des tiges en céramique 31 sont mises en place entre les deux parties du moule qui correspondent à ce noyau central 10 et au noyau périphérique 20. Ces tiges céramiques 31 préalablement mises en place assurent la jonction entre les deux noyaux 10 et 20. Après l'étape de fonderie, ces tiges de céramiques 31 laisseront place à des canaux multiples reliant les deux cavités correspondant aux noyaux 10 et 20. On notera que le fait que l'injection de la pâte céramique dans les noyaux 10 et 20 est réalisée en une unique étape permet de diminuer le risque d'apparition 30 de défauts dus à un assemblage post injection entre un noyau central 10 et un noyau périphérique 20 séparés.

En variante (figure 2 - sous-ensemble de noyaux 2), la jonction entre le noyau central 10 et le noyau périphérique 20 peut être réalisée par une paroi de liaison (muret 32), formé durant l'étape d'injection de la pâte de céramique dans le moule d'injection.

Une telle jonction par un muret 32 permet de créer dans l'aube un unique canal de communication entre la cavité qui sera créée par le noyau central 10 et celle du noyau périphérique 20. Un assemblage 3 comportant plusieurs sous-ensembles de noyaux obtenus de la façon décrite ci-dessus est illustré sur les figures 3 à 5.

Dans l'exemple illustré sur ces figures, l'assemblage 3 comprend, du bord d'attaque au bord de fuite : - un noyau de bord d'attaque 5 ; - un premier noyau central 11 qui est réalisé dans une même injection de céramique que le noyau de bord d'attaque 5 et qui est relié à celui-ci par des tiges 50 en céramique ; - un second noyau central 12 relié par des tiges ou un muret 312 à une plaque de céramique 22, laquelle est destinée à former une cavité fine de refroidissement le long de la paroi d'extrados de l'aube ; - un troisième noyau central 13 relié par des tiges ou un muret 313 à une plaque de céramique 23, laquelle est destinée à former une cavité fine de refroidissement le long de la paroi d'intrados de l'aube ; - un quatrième noyau central 14 qui est réalisé dans une même injection de céramique qu'un noyau de bord de fuite 6 et qui est relié à celui-ci par des tiges 60.

De préférence, les noyaux 11 et 14 sont réalisés dans une même injection, en même temps que les noyaux de bord de fuite et de bord d'attaque 5 et 6. Les noyaux centraux 11, 12, 13, 14 permettent de créer dans l'aube des cavités centrales qui, lors du fonctionnement de la turbomachine, acheminent de l'air pour le refroidissement du bord d'attaque, de l'extrados, de l'intrados et du bord de fuite de l'aube qui provient d'un circuit de refroidissement débouchant au niveau du pied de l'aube. Les tiges ou muret 50, 60, 312, 313 permettent quant à eux de créer des canaux par lesquels cet air passe pour aller dans les cavités de bord d'attaque, d'extrados, d'intrados et de bord de fuite correspondant aux noyaux 5, 22, 23 et 6. Par ailleurs, en référence à la représentation de la figure 4, l'assemblage 3 comporte également un noyau 7 de baignoire dans la partie supérieure de l'aube, ainsi qu'un noyau de pied 8 dans la partie inférieure de l'aube. L'un et l'autre de ces deux noyaux 7, 8 s'étendent dans la longueur de l'aube, de la partie bord d'attaque, à la partie bord de de fuite. Chacun des quatre noyaux centraux 11, 12, 13, et 14 est relié d'un côté au noyau de baignoire 7, et de l'autre au noyau de pied 8.

Les noyaux centraux 11, 12, 13 et 14 sont reliés au noyau de baignoire 7 par des tiges 70. Avantageusement, pour une meilleure rigidité, le noyau de bord d'attaque 5 est également relié au noyau de baignoire 7 par une tige 70. Les tiges 70 sont des tiges de quartz, de silice, ou de préférence d'alumine. De préférence, les noyaux 7, 8, 5, 11, 6 et 14 sont réalisés dans une même injection. Les tiges 70 reliant les noyaux 11, 14 et 5 sont alors prédisposées dans le moule d'injection. Ainsi de cette façon, l'assemblage et le maintien des différents noyaux les uns par rapport aux autres se fait dans des zones qui disparaissent après fabrication de l'aube, ou bien des zones non fonctionnelles de l'aube, n'affectant pas ainsi les propriétés de l'aube une fois moulée et sur lesquels l'apparition d'un défaut de type « flash-metal », n'est pas problématique. Par ailleurs, des formes de jonctions spécifiques peuvent être prévues qui viennent s'encastrer dans le noyau de la baignoire 7 ou dans le noyau du pied 8 et qui assurent la jonction avec l'un des noyaux 11, 12, 13 ou 14 (noyau 13 sur la figure 4). Afin de pouvoir réaliser les autres étapes de fabrication de l'aube le noyau final 3 doit pouvoir être manipulé sans risque de déformation de l'assemblage, sans risque d'apparition de défauts lors de l'étape de fonderie qui suit l'étape de fabrication des noyaux.

Cette structure, en utilisant les noyaux centraux 11, 12, 13 et 14 comme raidisseurs pour les noyaux périphériques 22, 23 et pour les noyaux de bord d'attaque et de bord de fuite 5 et 6, permet un maintien en position des noyaux constitutifs du noyau final 3, et plus particulièrement des noyaux périphériques 22 et 23 qui sont des noyaux qui sont de faible épaisseur et donc qui sont très fragiles, permettant ainsi d'une part une manipulation présentant un risque de casse moindre, et d'autre part une injection de métal plus précise. De plus, avec une telle solution, il n'est pas nécessaire, de faire dépasser les noyaux 11, 12, 13, 14, 22 et 23 de la zone baignoire pour pouvoir assurer un maintien en position suffisant, ce qui permet de fabriquer la baignoire par fonderie au même moment que le corps de l'aube, permettant ainsi d'éviter l'utilisation d'une baignoire rapportée qui nécessite une technologie lourde et risquée. Une fois l'étape d'assemblage finie, on réalise un moule en cire perdue 10 autour de l'assemblage céramique 3, le moule ayant la forme finale de l'aube. Le moule en cire perdue est tel que les parties en cire sont les parties qui sont appelées à être les parties en métal de l'aube. Une carapace est ensuite réalisée autour du moule en cire, et la cire est fondue par un passage à la vapeur. On obtient ainsi un moule qui est le parfait 15 négatif de l'aube telle que désirée. On coule ensuite du métal à l'intérieur du moule. La carapace est enlevée, et le noyau final est dissous chimiquement, libérant ainsi l'aube et ses cavités. L'invention s'applique à une turbine de turbomachine sans que cela en soit la seule application. 20

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'un assemblage (3) de noyaux (10, 11, 12, 13, 14, 20, 22, 23, 5, 6) en céramique pour la fabrication par moulage d'une aube de turbomachine, selon lequel on réalise plusieurs sous-ensembles (1,
2. 2) de noyaux (10, 12, 13, 20, 22, 23) et on assemble ces différents sous-ensembles (1, 2) entre eux, ainsi qu'avec un noyau qui est un noyau (7, 8) de baignoire ou de pied, caractérisé en ce qu'un sous-ensemble (1, 2) de noyaux (10, 12, 13, 20, 22, 23) est réalisé en moulant en une seule opération d'injection au moins deux noyaux (10, 12, 13, 20, 22, 23) en céramique, les deux noyaux (10, 12, 13, 20, 22, 23) du sous ensemble (1, 2) obtenu à l'issu de cette opération étant reliés entre eux par une jonction céramique, et en ce que différents sous-ensembles (1, 2) réalisés de cette façon sont ensuite assemblés au noyau (7,8) de baignoire ou de pied. 2. Procédé de réalisation d'un assemblage (3) de noyaux en céramique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de la réalisation d'un sous-ensemble (1) de noyaux (10, 12, 20, 22), des tiges en céramique (31, 312) sont disposées entre les parties du moule correspondant aux deux noyaux (10, 12, 20, 22), préalablement à l'injection de pâte de céramique.
3. 3. Procédé de réalisation d'un assemblage (3) de noyaux (10, 13, 20, 23) en céramique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la jonction entre les deux noyaux (10, 13, 20, 23) d'au moins un sous- ensemble (2) de noyaux (10, 13, 20, 23) est réalisée par un muret de jonction (32, 313) en céramique, moulé avec les deux noyaux (10, 13, 20, 23).
4. 4. Procédé de réalisation d'un assemblage (3) de noyaux (10, 12, 13, 20, 22, 23) en céramique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un sous ensemble (1, 2) de noyaux (10, 12, 13, 20, 22, 23) comporte un d'une part un noyau principal (10, 12, 13) destiné à correspondre à une cavitéprincipale de circulation de l'air de refroidissement de l'aube et d'autre part un noyau périphérique (20, 22, 23) destiné à correspondre à une cavité fine le long de bords de l'aube.
5. 5. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins un noyau périphérique (20, 22, 23) constitue un noyau d'intrados (23) ou un noyau d'extrados (22).
6. 6. Procédé de fabrication selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on assemble à au moins un noyau (7, 8) de baignoire ou de pied au moins les différents sous-ensembles suivants : - un premier sous ensemble qui comporte un premier noyau central (11) relié à un noyau de bord d'attaque (5), - un second sous-ensemble (1, 2) qui comporte un second noyau central (12) relié à un noyau d'extrados (22), - un troisième sous-ensemble (1, 2) qui comporte un troisième noyau central (13) relié à un noyau d'intrados (23), et - un quatrième sous-ensemble qui comporte un quatrième noyau central (14) relié à un bord de fuite (6). 20
7. 7. Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'assemblage des différents sous-ensembles avec un noyau (7,8) de baignoire (7) ou de pied (8) est réalisé dans des zones non fonctionnelles de l'aube. 25
8. 8. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le noyau de bord d'attaque (5) est relié au seul noyau de baignoire (7). 30
9. 9. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la jonction des quatre noyaux centraux (11, 12, 13, 14) avec le noyau de baignoire (7), et la jonction dunoyau de bord d'attaque (5) avec le noyau de baignoire (7), est réalisée avec des tiges (70) en quartz, ou en silice, ou de préférence en alumine.
10. 10. Procédé de fabrication selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un noyau périphérique (20, 22, 23) forme une plaque ayant une épaisseur comprise entre 0,3 mm et 1,5 mm.
11. 11. Assemblage (3) de noyaux 10, 11, 12, 13, 14, 20, 22, 23, 5, 6) en céramique pour la fabrication d'une aube de turbomachine, caractérisé en ce qu'il est réalisé par mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 10.
12. 12. Aube d'une turbomachine fabriquée par moulage à la cire perdue avec un assemblage (3) en céramique selon la revendication 11.
13. 13. Aube d'une turbine d'une turbomachine selon la revendication 12.
14. 14. Turbine comprenant au moins une aube selon la revendication 13. 20